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scikit-bio

编程与开发

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更新于 10-15 22:40

技能介绍

用途:scikit-bio 是用于生物数据分析的 Python 库,覆盖序列操作、序列比对、系统发育、微生物生态与多元统计,常与 QIIME 2 等微生物组流程配合。

主要能力:

  • 序列:DNA/RNA/Protein 对象,支持反向互补、转录、翻译、基序查找(find_with_regex)、k-mer 频率、GC 含量、去 gap,以及序列级、逐位、区间级元数据。
  • 比对:成对局部比对 local_pairwise_align_ssw(Smith-Waterman/SSW);TabularMSA 读取多序列比对,计算一致序列与保守性。
  • 系统发育:由距离矩阵用 nj、upgma 建树;TreeNode 支持遍历、剪切、LCA、共表型矩阵、Robinson-Foulds 比较。
  • 多样性:alpha_diversity(shannon、simpson、observed_otus、pielou_e、faith_pd)、beta_diversity(braycurtis、jaccard、unweighted_unifrac、weighted_unifrac),支持 subsample_counts、partial_beta_diversity。
  • 排序与统计:pcoa、cca;permanova、anosim、permdisp、mantel。
  • 文件 I/O:FASTA、FASTQ、Newick、BIOM 等,可用生成器流式读取大文件;Table 支持过滤与转 pandas。

使用方式: 安装:pip install scikit-bio 可选:pip install biom-format(HDF5 BIOM)、pip install matplotlib seaborn(可视化) 典型流程:读取计数矩阵与树 → 计算 alpha/beta 多样性 → PCoA 排序 → PERMANOVA 检验。

适用场景:微生物组多样性分析、由距离矩阵构建系统发育树、群落组成 PCoA 排序、距离矩阵的统计检验、生物格式读写。

限制与注意:多样性函数要求整数丰度计数,不能传相对丰度;系统发育指标需匹配的 tree 与 otu_ids,ID 必须唯一;大规模数据应使用生成器读取,NJ 为 O(n³),上千 taxa 可考虑 gme;PERMANOVA 受离散度影响,建议配合 PERMDISP;细菌/古菌翻译应设置 genetic_code=11。高通量 NGS 比对/变异检测应改用 STAR/BWA,蛋白结构预测应改用 AlphaFold/ESMFold。官方文档链接与完整资料未提供。